SU895227A1

SU895227A1 - Thermonuclear reactor

Info

Publication number: SU895227A1
Application number: SU762431940A
Authority: SU
Inventors: А.Л. Минц; Е.Д. Науменко; В.М. Пролейко; В.Н. Сретенский; Т.Н. Филимонова
Original assignee: за вители
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1982-07-30

Description

Изобретение относится к технике управляемого термоядерного синтеза, а именно к устройствам типа импульсного термоядерного реактора с релятивистским электронным пучком.The invention relates to techniques for controlled thermonuclear fusion, and in particular to devices such as a pulsed thermonuclear reactor with a relativistic electron beam.

Известен импульсный термоядерный реактор с релятивистским электронным пучком, содержащий систему подачи заключенных в оболочки таблеток термоядерного топлива, систему утилизации энергии ] термоядерных микровзрывов, средства испарения оболочки, представляющие собой высоковольтные диодные электронные пушки. Параметры суммарного электронного потока: энергия одного электрона 1 МэВ, ] суммарная энергия 5 МДж, длительность импульса 50 нс, мощность 10^!4 Вт, электронный ток 10⁸ А [1].Known pulsed fusion reactor with a relativistic electron beam, containing a system for feeding enclosed in a shell of tablets of thermonuclear fuel, a system of energy recovery] thermonuclear microexplosions, means for evaporating the shell, which are high-voltage diode electron guns. The parameters of the total electron flux: the energy of one electron is 1 MeV,] the total energy is 5 MJ, the pulse duration is 50 ns, the power is 10 ^{! 4} W, and the electron current is 10 ⁸ A [1].

Однако в известном реакторе низка эффективность инициирования термоядерного о микровзрыва. Этот недостаток связан с тем, что направления электронных траекторий при пересечении поверхности оболочки таблетки близки к нормалям этой поверхности. С момента начала электронной бомбарди- ) ровки электроны проникают в глубинные слои и разогревают их, а оптимальный режим обжатия таблетки требует низкой температуры внутренней части на ранней стадии электронной бомбардировки. Кроме то- з го, нормально падающие электроны направляют к центру таблетки генерируемые ими гамма- и радиоизлучения, что также является нежелательным фактором.However, in the known reactor, the initiation efficiency of thermonuclear microexplosion is low. This drawback is due to the fact that the directions of the electron trajectories at the intersection of the surface of the tablet shell are close to the normals of this surface. From the moment of the beginning of electronic bombardment, the electrons penetrate into the deep layers and heat them up, and the optimal compression mode of the tablet requires a low temperature of the inner part at an early stage of electronic bombardment. In addition, normally incident electrons direct gamma and radio emissions generated by them to the center of the tablet, which is also an undesirable factor.

Цель изобретения — повысить эффективность инициирования термоядерных микровзрывов, а также эффективность наращивания мощности электронной бомбардировки таблетки путем нейтрализации заряда электронов положительными ионами.The purpose of the invention is to increase the efficiency of initiation of thermonuclear microexplosions, as well as the efficiency of increasing the power of electronic bombardment of a tablet by neutralizing the charge of electrons with positive ions.

Цель изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем систему подачи заключенных в оболочки таблеток термоядерного топлива, систему утилп5 зации энергии термоядерных микровзрывов, средства испарения оболочки, последние представляют собой аксиальные генераторы релятивистских электронных колец, а аксиальные генераторы релятивистских 0 электронных колец снабжены патрубками напуска и откачки газа, что позволяет осуществить наполнение электронных колец положительными ионами. Частичная или полная нейтрализация заряда потока ча5 стиц позволяет осуществить более сильное осевое сжатие и повысить коэффициент наращивания мощности.The purpose of the invention is achieved by the fact that in the known device containing a system for feeding thermonuclear fuel pellets enclosed in shells, a system for utilizing the energy of thermonuclear microexplosions, means for evaporating the shell, the latter are axial generators of relativistic electronic rings, and axial generators of relativistic 0 electronic rings are equipped with inlet nozzles and gas pumping, which allows the filling of electronic rings with positive ions. Partial or complete neutralization of the charge of the flow of particles allows for stronger axial compression and an increase in the power buildup coefficient.

На чертеже схематически показан предлагаемый термоядерный реактор (для уп0 рощения системы подачи таблеток термо ядерного топлива и магнитные катушки генераторов аксиальных релятивистских электронных колец на чертеже не показаны).The proposed thermonuclear reactor is schematically shown in the drawing (to simplify the system for feeding thermonuclear fuel pellets and the magnetic coils of axial relativistic electron rings generators are not shown in the drawing).

Устройство содержит таблетку 1 термоядерного топлива, заключенную в оболочку, взрывную камеру 2, систему 3 утилизации энергии термоядерных микровзрывов, потребитель 4 полезной энергии реактора, средства испарения оболочки, представляющие собой аксиальные генераторы 5 релятивистских электронных колец и включающие источники питания 6, катоды 7, резонаторы 8 начального ускорения электронов, резонаторы 9 финального ускорения электронов, пролетные секции 10, патрубки 11 напуска и откачки газа.The device comprises a thermonuclear fuel tablet 1 enclosed in a shell, an explosive chamber 2, a thermonuclear microexplosion energy recovery system 3, a reactor usable energy 4, shell evaporation means, which are axial generators 5 of relativistic electron rings and include power sources 6, cathodes 7, resonators 8 initial electron acceleration, resonators 9 final electron acceleration, span sections 10, nozzles 11 for inlet and gas evacuation.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Система подачи (на чертеже не показана) таблетку 1 термоядерного топлива, заключенную в оболочку, ставит в центральное положение. Под действием электронной бомбардировки происходит термоядерный микровзрыв во взрывной камере 2. Система 3 утилизации энергии термоядерных микровзрывов улавливает энергию продуктов микровзрыва и вырабатывает электроэнергию, основная часть которой поступает потребителю 4 полезной энергии реактора. Небольшая часть электроэнергии поступает в аксиальные генераторы 5 релятивистских колец в их источники питания 6. Катоды 7 эмиттируют электроны, которые затем ускоряются резонаторами 8 начального ускорения электронов и резонаторами 9 финального ускорения электронов. В пролетных секциях 10 задние электронные кольца, которые выпускаются с более высокими значениями поступательной скорости, догоняют передние, происходит сжатие и повышение мощности электронных образований. Электронная бомбардировка таблетки 1 термоядерного топлива, заключенной в оболочку, инициирует термоядерный микровзрыв. Силы расталкивания электронных колец ограничивают степень сжатия и коэффициент наращивания мощности. Патрубки 11 напуска и откачки газа позволяют создать на пути электронных колец газовое облако, наполнить кольца положительными ионами п снова восстановить вакуум, что позволяет нейтрализовать заряд электронов и повысить степень сжатия электронных колец и коэффициент наращивания мощности.The supply system (not shown) a tablet 1 of a thermonuclear fuel, enclosed in a shell, puts in a central position. Under the influence of electronic bombardment, a thermonuclear microexplosion occurs in the explosive chamber 2. The system 3 for the utilization of energy of thermonuclear microexplosions captures the energy of the products of microexplosion and generates electricity, the main part of which is supplied to the consumer 4 of useful reactor energy. A small part of the electric energy goes to the axial generators of 5 relativistic rings in their power sources 6. The cathodes 7 emit electrons, which are then accelerated by the resonators 8 of the initial electron acceleration and the resonators 9 of the final electron acceleration. In the span sections 10, the rear electronic rings, which are produced with higher translational speeds, catch up with the front ones, and there is a compression and increase in the power of electronic formations. The electronic bombardment of a tablet 1 of thermonuclear fuel enclosed in a shell initiates thermonuclear microexplosion. The repulsive forces of the electronic rings limit the degree of compression and the coefficient of power buildup. The nozzles 11 for gas inlet and pumping allow you to create a gas cloud in the path of the electronic rings, fill the rings with positive ions and restore the vacuum again, which allows you to neutralize the electron charge and increase the compression ratio of the electronic rings and the power buildup coefficient.

Оценивая эффективность изобретения, выберем для устройства приведенные выше параметры известного: 1 МэВ, 5 МДж, 50 нс, 10¹⁴ Вт, 10⁸ А. Зададим финальное значение поступательной скорости потока электронных колец 10⁸ м/с, осевая длина отрезка составит 5 м. Теоретические оценки дают максимальное значение заряда для одного отрезка 3,5· 1СН Кл, всего 7 10^-2 Кл. β случае ионного наполнения колец заряд может существенно превышать эту величину. Остановимся на вакуумном варианте, заряд 0,07 Кл. Требуемое значение энергии электрона составит 70 МэВ, при касательном падении электронов па оболочку таблетки это допустимо. При радиусе таблетки 3 мм потребуется магнитное поле с индукцией 80 Т. Мощность электронной бомбардировки составит 10¹⁴ Вт, длительность 50 нс, суммарная энергия 5 МДж.Estimating the effectiveness of the invention, we will choose the above parameters of the known device for the device: 1 MeV, 5 MJ, 50 ns, 10 ¹⁴ W, 10 ⁸ A. Let us set the final value of the translational flow velocity of the electron rings 10 ⁸ m / s, the axial length of the segment will be 5 m. Theoretical estimates give the maximum charge for one segment of 3.5 · 1CH CL, a total of 7 10 ^-2 CL. β in the case of ionic filling of rings, the charge can significantly exceed this value. Let us dwell on the vacuum version, the charge is 0.07 C. The required value of the electron energy is 70 MeV, with a tangential incidence of electrons on the shell of the tablet, this is acceptable. With a tablet radius of 3 mm, a magnetic field with an induction of 80 T will be required. The electron bombardment power will be 10 ¹⁴ W, duration 50 ns, total energy 5 MJ.

При кратности временного сжатия отрезков электронных колец 1000 длительность импульса на выходах аксиальных генераторов релятивистских электронных колец составит не 50 нс, как на выходах электронных источников прототипа, а 50 мкс. Суммарный электронный ток у таблеток составляет: для предлагаемого устройства 1,4· 10⁶ А, для известного устройства 10⁸ А. Суммарный ток на выходах электронных источников и суммарная мощность этих источников составляют; для предлагаемого устройства 1,4-10³ А и 10 Вт, для известного устройства 10⁸ А и 10¹⁴ Вт.With a multiplicity of temporary compression of segments of electronic rings of 1000, the pulse duration at the outputs of axial generators of relativistic electronic rings will not be 50 ns, as at the outputs of electronic sources of the prototype, but 50 μs. The total electronic current for tablets is: for the proposed device 1.4 · 10 ⁶ A, for the known device 10 ⁸ A. The total current at the outputs of electronic sources and the total power of these sources are; for the proposed device 1.4-10 ³ A and 10 W, for the known device 10 ⁸ A and 10 ¹⁴ watts.

Помимо устранения вредного начального нагрева глубинных слоев и вредного действия генерируемых электронами излучений (которые в предлагаемом устройстве направляются по касательным кольцам в окружающее пространство), реализация изобретения дает дополнительный важный эффект — существенное уменьшение мощности электронных источников по отношению к мощности электронной бомбардировки таблетки. Аксиальные генераторы релятивистских электронных колец позволяют установить режим, при котором задние кольца догоняют передние, а сокращение осевой длины и пролетной длительности отрезка потока колец при постоянстве суммарной энергии электронов приводит к наращиванию мощности.In addition to eliminating the harmful initial heating of the deeper layers and the harmful effects of the radiation generated by the electrons (which are directed along the tangent rings to the surrounding space in the proposed device), the invention provides an additional important effect - a significant reduction in the power of electronic sources with respect to the power of electronic bombardment of the tablet. Axial generators of relativistic electron rings make it possible to establish a mode in which the rear rings catch up with the front ones, and the reduction in the axial length and the span of the segment of the ring flow with a constant total energy of the electrons leads to an increase in power.

Эффективность реализации изобретения определяется тем, что при одинаковых с известным устройством значениях мощности, длительности и энергии электронной бомбардировки таблетки эффективность инициирования термоядерного микровзрыва за счет касательного попадания электронов существенно возрастает, а требуемые значения мощности и тока электронных источников при тех же условиях получаются на несколько порядков меньше. Это позволяет устанавливать оксидные термокатоды, что повышает надежность реактора.The effectiveness of the invention is determined by the fact that, with the same power, duration and energy of electronic bombardment of a tablet as the known device, the efficiency of initiating thermonuclear microexplosion due to tangential electron hit increases significantly, and the required values of power and current of electronic sources under the same conditions are several orders of magnitude less . This allows the installation of oxide thermal cathodes, which increases the reliability of the reactor.

Claims

nuclear fuel and magnetic coils of axial electron ring generators are not shown in the drawing). The device contains a thermo-nuclear tablet 1 encased in an envelope, an explosive chamber 2, an eiergin thermo-nuclear explosive disposal system 3, a consumer 4 of the useful energy peaicTopa, an evaporation means for the envelope, which represent axial generators 5 of relativistic electronic rings and including power sources 6, the cathodes 7, the resonators 8 of the initial acceleration of electrons, the resonators 9 of the final acceleration of electrons, the span sections 10, and the inlet and inlet and evacuation of gas. The device works as follows. The delivery system (not shown) shows a thermo-nuclear tablet 1 encased in a shell that places it in a central position. Under the action of electron bombardment of a nuclear source, a thermo-nuclear microexplosion in the explosion chamber 2. The system 3 of the utilization of the energy of thermoburned microexplosions picks up the energy of the explosive products and generates electricity, the main part of which is generated by the consumer. A small part of the electric power goes to the axial generators 5 of the relativistic rings in their discharge points 6. The cathodes 7 emit electrons, which are then accelerated by the resonators 8 of the initial acceleration of the electrons and the resonators 9 of the final acceleration of the electrons. In the span sections 10, the rear electron rings, which are produced at higher translational speeds, catch up with the front ones, compressing and increasing the power of the electron formations. The electron bombardment of the tablet 1 of the nuclear nuclear sheath enclosed} initiates the thermo nuclear microexplosion. The forces of repulsion of the electronic rings limit the degree of compression and the power ratios. The gas inlets 11 for evacuating the gas make it possible to create a gas cloud at the ends of the electron rings, fill the rings with useful ions and restore the vacuum again, which makes it possible to neutralize the charge of electrons and increase the degree of compression of the electron rings and power ratios. Assessing the effectiveness of the invention, we select the parameters of the known parameters listed above: 1 MeV, 5 MJ, 50 NS, 10 W, 10 A. Let us set the final value of the translational velocity of the electron rings 10 m / s, the axial length of the segment will be 5 m. Theoretical estimates give the maximum value of the charge for one segment is 3.5-U Kl, only 7-10-Kl. This case of ionic filling rings charge. can significantly exceed this value. Stop at the vacuum version, charge 0.07 Cl. The required value of the electron energy will be 70 MeV, with reference to the iadepium of electrons to the shell of a 1AG year-line, this is permissible. With a tablet radius of 3 mm, a magnetic field with a conduction of 80 T will be required. The power of the electron bombardment will be 10 watts, the duration is 50 is, the total energy is 5 MJ. When the multiplicity of the time compression of segments of electronic rings 1000 is 1000, the pulse duration at the outputs of the axial generators of the relativistic electronic rings is not 50, as at the outputs of electronic sources, but 50 μs. The total electronic current of the tablets is: for the proposed device 1.4–10 A, for the known device 10 A. The total current at the outputs of electronic sources and the total mon1, the power of these sources are: for the proposed device 1.4–10 A 10 W, for the well-known device 10 A n U W. In addition to eliminating the harmful initial heating of the deeper layers and the harmful effect of the radiation generated by electrons (which in the proposed device are guided through the contact rings in the surrounding, its space), the invention gives an additional important effect — a sunshaft, a natural intellectual and the potential of the ELECTTER. OTHOLHSCnnyu to the power of the electronic bombardment of the tablet. The axial generators of relativistic electron rings make it possible to establish a mode where the back rings catch up with the loss, and the shortening of the eigth length and transit time of the segment of the flow of the rings at a constant total electron energy leads to a scaling of power. The efficiency of the invention implementation is determined by the fact that, at the same time with the known device, the power, duration and energy of the electronic bombardment of the tablet, the efficiency of the initiation of the thermic nuclear explosion increases the tangent electron hit, and the required values of the power and current of the electronic sources and the same conditions are obtained for several minutes. This allows the installation of oxide thermal cathodes, which increases the reliability of the reactor. Claim 1. Thermal reactor containing a system for feeding prisoners into the shell of tablets of nuclear fuel, a system for utilizing thermal nuclear explosions, a means of evaporation of the shell, characterized in that, in order to improve the efficiency of thermal explosion

thermo-nuclear microexplosions, means of evaporation of the envelope are axial generators of relativistic electron rings.

2. Device but n. 1, HI, e with so that, in order to increase the efficiency of increasing the power of electronic bombardment of the tablet by neutralizing the charge of electrons and positive factors, the axial geerator of relativistic electric rings are equipped with gas supply and pumping nozzles.

Sources of information, admitted to the private prp exShpt.k

1. RTonas G. Focussing of electronic noobs in the direction of pulse synthesis. “Nuclear Fusion, v. 14, N ° 5, 1974, p. 731 (prototype).

eleven

Ш1

ten

J